Auringon säteitä energiaksi muuttavat keräimet ovat kovalla fyysisellä rasituksella. Tamperelainen diplomi-insinööri Minna Kotilainen on väitöstyössään kehittänyt pinnoitteen, jonka avulla keräimen käyttöikä pitenee. Väitäs tarkastetaan huomenna Tampereen teknillisellä yliopistolla.
Aurinkokeräimissä käytettävien toiminnallisten pintojen eli absorptiopintojen optiset ominaisuudet heikkenevät nopeasti. Keräintä käytetään jatkuvasti hyvin korkeissa lämpötiloissa, joten kuumuus kuluttaa sen pintoja. Aurinkokeräimiä käytetään yhä enemmän jäähdytykseen ja teollisuuden lämmöntuottoon, jolloin niiden on kestettävä entistä korkeampia käyttölämpötiloja.
– Keräinten toiminnallisten pintojen käyttöikä alenee merkittävästi lämpötilojen kasvaessa. Stabiili ja kestävä pinnoite lisää keräimen tehokkuutta ja käyttöikää. Aurinkokeräinten pitkä käyttöikä, tehokkuus ja kestävyys ovat merkittäviä tekijöitä ja kilpailuvaltteja teollisuudelle, Minna Kotilainen kertoo.
Aurinkokeräimissä käytettävät absorptiokerrokset ovat monikerroksisia ohutpinnoitteita, joiden kerrospaksuudet ovat muutamia kymmeniä nanometrejä. Väitöskirjassaan Kotilainen tutki näiden pintojen kestävyyttä korotetuissa lämpötiloissa. Hän onnistui pidentämään keräimen toiminnallisen pinnan käyttöikää lisäämällä uudenlaisen materiaalikerroksen ohutpinnoitteeseen.
– Alustamateriaalin ja absorptiopinnoitteen väliin lisätty rakenne suojaa herkkää pinnoiterakennetta korotetuissa lämpötiloissa. Alustamateriaalin atomien kulkeutuminen absorptiopinnoitteeseen ja sen läpi on merkittävin keräimen käyttöikää alentava ilmiö. Tätä voidaan estää tai hidastaa diffuusionestokerroksen avulla.
Kotilainen löysi yhteyden pinnan ikääntymisen mekanismien ja optisten ominaisuuksien muutosten välille yhdistämällä eri tutkimusmenetelmiä: absorptiopintojen ikääntymisilmiöiden analysointiin käytettyä mikrorakenne ja -koostumustutkimusta, kokeellista optisten ominaisuuksien määrittämistä sekä ikääntymisilmiöiden mallintamista ja simulointia.
Kotilaisen materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Temperature-Induced Ageing Mechanisms and Long-Term Stability of Solar Thermal Absorber Coatings (”Aurinkolämpökeräinten absorptiopintojen termiset ikääntymismekanismit ja pitkäaikaiskestävyys”) tarkastetaan Tampereella huomenna. Kotilainen työskentelee tutkijana TTY:n materiaaliopin laitoksella pinnoitustekniikan tutkimusryhmässä.